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文檔簡介
1、γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一種水溶性的、可生物降解、可食用且對人和環(huán)境無毒的生物高分子物質(zhì),可由微生物聚合得到。這些特性使得γ-聚谷氨酸及其衍生物在食品、化妝品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和水處理等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 為提高微生物發(fā)酵生產(chǎn)γ-聚谷氨酸的產(chǎn)量,本研究采用Bacillus subtilis NOBEL-007發(fā)酵制備γ-聚谷氨酸,并通過單因子試驗及正交試驗分析,得到枯草芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)γ-聚谷氨酸的最佳營養(yǎng)條件和培養(yǎng)條件。結(jié)果
2、表明最佳營養(yǎng)條件為:葡萄糖40g/L,酵母膏5g/L,谷氨酸鈉30g/L,NH4Cl3g/L,K2HPO42g/L,MgSO40.25g/L;最佳培養(yǎng)條件為:培養(yǎng)溫度37℃,搖床轉(zhuǎn)速200r/min,裝液量40mL(250mL三角瓶),接種量為2%,培養(yǎng)48h,pH值7.0,此時γ-聚谷氨酸的產(chǎn)量最高,達到20.15g/L。 為了確定Bacillus subtilis NOBEL-007發(fā)酵產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成,采用紙層析、FT-IR
3、和NMR等多種測試手段對Bacillus subtilis NOBEL-007代謝產(chǎn)物γ-PGA結(jié)構(gòu)進行了初步表征分析。純化樣品經(jīng)水解后,紙層析譜圖出現(xiàn)一個峰,與谷氨酸相同,說明其僅由谷氨酸聚合而成,紅外光譜圖的特征吸收峰與標準品一致,表明兩者具有相同的化學結(jié)構(gòu),初步確定試驗精制產(chǎn)品為γ-PGA。γ-PGA的核磁共振譜圖進一步說明γ-PGA由谷氨酸組成。 為深入了解分批發(fā)酵過程中Bacillus subtilis NOBEL-0
4、07的生長特性和提高γ-PGA的生產(chǎn)水平,在5L發(fā)酵罐上研究了pH、溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量等對菌體生長和γ-PGA產(chǎn)量的影響,研究表明最適條件為:pH7.0,溫度37℃,攪拌轉(zhuǎn)速和通氣量分別是200r/min和1.0vvm。在優(yōu)化后的培養(yǎng)條件下,γ-PGA的產(chǎn)量達到22.16g/L。 根據(jù)分批發(fā)酵的實驗數(shù)據(jù),對Bacillus subtilis NOBEL-007合成γ-聚谷氨酸的發(fā)酵動力學特性進行了研究,通過Logistic方
5、程,提出了發(fā)酵過程中菌體生長、γ-聚谷氨酸合成、基質(zhì)消耗的動力學模型。應(yīng)用MATLAB數(shù)值應(yīng)用軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理,得到了Bacillus subtilis NOBEL-007分批發(fā)酵合成γ-聚谷氨酸的動力學模型參數(shù)。模型可表述為: 菌體生長動力學模型: dX/dt=0.1918(1-X/3.3774)X γ-PGA生成動力學模型: dP/dt=5.6467 dX/dt+0.2703X 葡萄
6、糖消耗動力學模型: -dS/dt=2.1224 dX/dt+0.1329 dP/dt 對實驗數(shù)據(jù)與模型進行比較,結(jié)果表明模型與實驗數(shù)據(jù)能較好地擬合,相對誤差較小,能很好地反映Bacillus subtilis NOBEL-007生產(chǎn)γ-PGA的分批發(fā)酵過程的動力學特征,為實驗數(shù)據(jù)的模擬放大,以及從分批發(fā)酵過度到補料發(fā)酵乃至連續(xù)發(fā)酵提供了理論基礎(chǔ)。 研究了Bacillus subtilis NOBEL-007制備的
7、生物絮凝劑γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的絮凝活性。γ-PGA對高嶺土、活性炭等懸浮液均有較高的絮凝活性,絮凝活性穩(wěn)定,熱穩(wěn)定性好,當溫度高于70℃時絮凝活性開始下降。采用10mg/L的γ-PGA溶液對活性炭的絮凝活性可達到90%以上,Mg2+、Ca2+、Na+、Fe3+等金屬離子能不同程度增強γ-PGA的絮凝活性,其中Ca2+的助凝效果最佳,而Al3+、Fe2+則起削減作用。使用Ca2+作助凝離子可降低γ-PGA的用量,但Ca2+濃度過高
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